CN104229085A - 一种结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新型可再生能源技术和海洋装备领域,特别涉及一种结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台。它包括漂浮式基础、风力机、塔架、风力机基础、垂直轴气轮机、锚链和气室。其特征是:漂浮式基础主体通过张锚链连接抓力锚固定于海底;风力机和塔架安装于漂浮式平台的中心位置;气室和垂直轴气轮机布放于风力机基础的周围;风力机和气轮机发电通过输电线联网,发出的电力实现互补。本发明采用振荡水柱式波浪能装置的设计,能够利用漂浮式基础和气室提高整体装置的稳定性;风力机和气轮机发电通过输电线联网,发出的电力实现互补;主体装置采用了漂浮式基础,形式简单,便于安装和转移。

Description

一种结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台
技术领域
[0001] 本发明属于新型可再生能源技术和海洋装备领域,特别是一种结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台。
背景技术
[0002] 地球表面有70%的面积被海水所覆盖,海水中蕴藏巨大的波浪能,作为可再生能源,波浪能具有巨大的开发潜力。随着海洋对人类社会的意义日趋重要,水中人工系统的研究发展对国家安全、经济利益、科学研究的重要性也越来越大,海洋可再生能源的利用问题也越来越受到广大研究者们的重视。与波浪能相比,我国的风能资源更为丰富,分布更为广泛,风能发电技术也更为成熟。近几年来,海上风能由于资源丰富、风速稳定、对环境负面影响较小等特点,得到了迅速的发展。然而,我国的海上风电开发还限于潮间带和浅海区域,风机基础采用重力式基础和桩式基础,对于风力资源更为丰富的深海地区研究较少。而据美国国家能源局统计分析,深水海域的风能资源具有极大的开发潜力和价值,其开发利用技术将会是未来世界风电技术发展中的一个重要方向。综上所述,我国波浪能和海上风能资源都非常丰富,开发波浪能和海上风能综合利用技术是势在必行的,综合考虑波浪能与海上风能在地域分布特点上的相似性,开展海上波浪能-风能综合利用技术研究存在可观的产业前景,对于我国节能减排总体战略布局也具有重要战略意义。
[0003]目前,海上波浪能-风能综合利用技术还处于探索阶段,鲜见较为成熟的设计方案。其中一种是基于海上油气田平台技术的三浮体漂浮式风力机WindFloat,在其浮体基础上加入振荡水柱式发电设计或者在其中间位置加入振荡浮子式点吸收波浪能装置。另一种是美国ITI Energy公司提出的一种基于驳船式漂浮式平台的波浪能-风能综合利用技术:在长方体的漂浮式平台中间位置设计了用于振荡水柱式发电装置的气室。挪威科技大学也提出了一种结合桅杆Spar)式海上风机Hywind和振荡浮子式波浪能装置WaveBob的波浪能-风能综合利用概念STC (Spar-Torus Combinat1n)。然而,这些技术仍然处于探索和测试阶段。同时,考虑装置的稳定性和安全性,需保证能量转换装置能适应不同的天气状况,具有在极端天气条件下的生存能力。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是:克服上述现有技术的不足,提供一种结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台,它利用漂浮式平台为波浪能装置和风能装置提供安装基础,能够在利用波浪水体动能和势能的同时为海上风力机提供稳定的平台,适用于深水区域,同时具有较高的可靠性,易于安装和移动。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006] 一种结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台,包括漂浮式基础、风力机、塔架、风力机基础、垂直轴气轮机、锚链和气室。其特征是:漂浮式基础主体通过张锚链连接抓力锚固定于海底;风力机和塔架安装于漂浮式平台的中心位置;气室和垂直轴气轮机布放于风力机基础的周围;风力机和气轮机发电通过输电线联网,发出的电力实现互补。
[0007] 所述的一种结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台,其特征是:漂浮式基础的前缘和后缘呈圆弧形,并略高于风力机基础顶面。
[0008] 所述的一种结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台,其特征是:气室有两个开口,一个位于底部,浸入水中,一个位于顶部,并安装气轮机。
[0009] 整体装置基于漂浮式基础,适用于资源较为丰富的深水区域。装置的主体部分可以采用在岸上预制,利用驳船拖动到指定位置,沉入水中进行安装。装置主要利用水体垂直运动的变化,与来波方向无关,是一种点吸收式波浪能装置。其气室和气轮机的数目也可以合理增加,以提高波浪能的捕获效率。当风浪条件较为恶劣时,可以方便地将整体装置拆掉并运输离开,保障装置的安全性。
[0010] 当波浪经过漂浮式基础,波浪引起装置所处海面的自由水面高程的变化。在漂浮式基础中的气室中的自由水面也发生变化,进而挤压或稀释气室中的空气,气室顶部的开口处形成气体的流动。气体流过气轮机带动其转动,发出电力。当波峰经过气室时,气室内的气体向外流动,气轮机转动发电。当波谷经过气室时,海面上的气体向气室内流动,气轮机转动方向与前一过程相反,气轮机发电。气轮机转动发电的同时,风力机在海上风力的作用下工作发电,并将两个发电机发出的电力接入输电线联网,实现电力输出互补,稳定输出。
[0011] 本发明的有益效果是:
[0012] 本发明适用于波浪能资源和海上风能资源较为丰富的深水区域,采用振荡水柱式波浪能装置的设计,能够利用漂浮式基础和气室提高整体装置的稳定性;风力机和气轮机发电通过输电线联网,发出的电力实现互补;主体装置采用了漂浮式基础,形式简单,便于安装和转移。
附图说明
[0013] 图1是本发明采用悬垂锚链的整体结构示意图。
[0014] 图2是本发明的漂浮式基础的俯视图。
[0015] 图3是本发明采用张力腿锚链的整体结构示意图。
[0016] 图中,1-风力机,2-塔架,3-风力机基础,4-垂直轴气轮机,5-漂浮式基础,6_悬垂锚链,7-海底,8-气室,9-输电电线,10-张力腿锚链。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0018] 实施例1:
[0019] 如图1所示,漂浮式基础5通过悬垂锚链8连接大抓力锚固定到海底7 ;风力机I和塔架2安装于漂浮式平台5的中心位置;气室8和垂直轴气轮机4布放于风力机基础3的周围;风力机I和气轮机4发电通过输电线9联网,发出的电力实现互补;漂浮式基础5的前缘和后缘呈圆弧形,并略高于风力机基础3顶面;气室8有两个开口,一个位于底部,浸入水中,一个位于顶部,并安装气轮机4。
[0020] 如图2所不,气轮机4布放于风力机基础3的周围,米用垂直轴气轮机4。
[0021] 本实施例的工作原理:
[0022] 实际使用时,漂浮式基础5处于漂浮状态,漂浮式基础5的前缘和后缘均高于水平面位置。当波浪经过漂浮式基础5,波浪引起装置所处海面的自由水面高程的变化。在漂浮式基础5中的气室8中的自由水面也发生变化,进而挤压或稀释气室8中的空气,气室8顶部的开口处形成气体的流动。气体流过气轮机4带动其转动,发出电力。当波峰经过气室8时,气室8内的气体向外流动,气轮机4转动发电。当波谷经过气室8时,海面上的气体向气室8内流动,气轮机4转动方向与前一过程相反,气轮机4发电。气轮机4转动发电的同时,风力机I在海上风力的作用下工作发电,并将风力机I和气轮机4发出的电力接入输电线联网,实现电力输出互补,稳定输出。
[0023] 实施例2:
[0024] 请参阅图1和图3,与实施例1不同仅在于:锚泊系统采用张力腿式锚链10。
[0025] 尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,并不是限制性的。

Claims (3)

1.一种结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台,包括漂浮式基础、风力机、塔架、风力机基础、垂直轴气轮机、锚链和气室,其特征是:漂浮式基础主体通过张锚链连接抓力锚固定于海底;风力机和塔架安装于漂浮式平台的中心位置;气室和垂直轴气轮机布放于风力机基础的周围;风力机和气轮机发电通过输电线联网,发出的电力实现互补。
2.根据权利要求1所述的结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台,其特征在于:漂浮式基础的如缘和后缘呈圆弧形,并略闻于风力机基础顶面。
3.根据权利要求1所述的结合振荡水柱式波能装置的海上风力机平台,其特征在于:气室有两个开口,一个位于底部,浸入水中,一个位于顶部,并安装气轮机。
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